Основные методы стратиграфии

 

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА И ГОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Общая стратиграфия

 

Тема: Основные методы стратиграфии

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент 3-го курса  Гз-1-11 Эсенаманов У.

 

 

 

 

 

 

Бишкек 2014

Содержание

 

I. Методы стратиграфии

§1. Общенаучные методы

§2. Частные научные методы

§3. Группа геологических (непалеонтологических методов)

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Методы стратиграфии

 

Метод – система приемов  и способов исследования в той или иной области. Методы вытекают из определенных принципов (законов), и границы между ними относительны.  Методы, применяемые в стратиграфии, могут быть классифицированы на общенаучные и частнонаучные, т. е. геологические (стратиграфические). 

 

§1. Общенаучные методы

 

Применяются в любой области  познания (заметим, что познание далеко не всегда связано именно с наукой: например, религия). Это анализ, синтез, абстрагирование, обобщение. 

Чтобы  исследовать  природный объект,  надо  целостный предмет расчленить (мысленно или практически) на составляющие части, а затем изучить  их  в  относительной  самостоятельности.  После  этого  части можно вновь объединить в единый предмет и составить о нем общее представление. Эта цель достигается с помощью анализа и синтеза. Анализ – расчленение предмета на части с целью их самостоятельного изучения; синтез –

соединение ранее выделенных частей в единое целое.

Абстрагирование – это  особый прием мышления, заключающийся  в отвлечении от ряда свойств и  отношений изучаемого предмета или  явления с одновременным выделением интересующих нас свойств или отношений. Абстракциями могут быть как отдельные понятия и категории, так и системы.

Обобщение – это такой  метод мышлении, когда  устанавливаются  общие свойства и признаки объектов (переход от частного понятия к общему).

Пример: береза – дерево – растение – живой организм.  Общенаучные методы применяются в любой области научного познания. Это наблюдение, эксперимент, аналогия, моделирование (в том числе системный подход), индукция и дедукция и т. д. 

Наблюдение — целенаправленное, организованное восприятие предметов  и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих  или опровергающих ту или иную гипотезу, выступающих основой для определенных  теоретических  обобщений.  Обыденное  наблюдение  ограничено биологическими возможностями органов чувств. Но благодаря развитию техники, созданию и применению для целей научного познания специальных инструментов,  приборов,  диапазон  чувственно  воспринимаемых  явлений неограниченно расширяется. Однако в наблюдении всегда сохраняется полная зависимость наблюдателя от изучаемого процесса, явления. Оставаясь наблюдателем, исследователь не может изменять объект, регулировать само протекание процесса, управлять им и контролировать его.

Эксперимент  —  способ  исследования,  отличающийся  от  наблюдения активным  характером,  преобразующим воздействием  на  объект  изучения. Эксперимент  позволяет,  во-первых,  изолировать исследуемый объект  от влияния побочных,  несущественных  для него  явлений,  изучать объект  в «чистом»  виде.  Во-вторых,  в  ходе  эксперимента  многократно  воспроизводится  ход  процесса  в  строго  фиксированных,  контролируемых  условиях.

В-третьих,  эксперимент  позволяет планомерно  изменять  само  протекание изучаемого  процесса,  состояния объекта изучения  вплоть  до  превращения его в другие, еще не известные объекты. Все это подчинено решению проблемы, в связи с которой ставится эксперимент. 

В  ходе  наблюдения  и эксперимента,  как правило,  проводится  такая процедура,  как измерение,  объективная количественная  оценка  исследуемых явлений.

Измерение  —  это материальный  процесс  сравнения  какой-либо  величины с эталоном, единицей измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, называется числовым значением этой величины.

Аналогия — прием познания, при котором на основании сходства объектов в одних признаках заключают об их сходстве и в других свойствах.

Тот факт, что похожие  в одном отношении объекты  сходны и в некоторых других отношениях, лежит в основе не только аналогии как особого познавательного приема, но и метода моделирования. Однако при использовании аналогии и моделирования необходимо отдавать себе отчет, что как бы ни было значительно найденное сходство признаков рассматриваемых вещей, выводы по аналогии всегда бывают только вероятностными.

Моделирование — это замена изучения интересующего нас явления  в натуре изучением аналогичного явления на модели меньшего или большего масштаба, обычно в специальных лабораторных условиях. Основной смысл моделирования  заключается в том, чтобы по результатам опытов с моделями дать необходимые ответы о характере эффектов и различных величинах, связанных с явлением в натурных условиях. Сама же модель может быть определена как материальная или мысленно представляемая система, заменяющая объект познания. Моделирование применяется тогда, когда трудно или невозможно изучать объект в естественных условиях.

Индукция – это метод  исследования и способ рассуждения, когда общий вывод строится на основе частных посылок; это переход  от частного к общему. Дедукцией  называется метод исследования, когда из общих посылок с необходимостью строится заключение частного характера; это переход от общего к частному.

Основой индукции является опыт, эксперимент и наблюдение. Затем повторяющиеся признаки  распространяются  на  весь  класс явлений.  При этом важно отметить, что индуктивное суждение, переходя от частных посылок к общему утверждению, всегда гипотетично (предположительно). Дедукция отличается противоположным движением мысли (от общего знания к частным выводам из него).

 

§2. Частные научные методы

 

Применяются в отдельных  науках или группе наук. Для стратиграфии основными методами являются метод  актуализма и методы, вытекающие из принципов эволюционизма живой  и неживой природы.  Принцип  актуализма (термин этот был введен в 1830 г. Ч. Лайелем) заключается в том, что при любых реконструкциях событий прошлого мы постулируем: в те времена должны были действовать такие же законы природы, которые действуют и ныне (Еськов, 2000). Сам Лайель кратко формулировал его так: «Настоящее есть ключ к пониманию прошлого». И пускай, к примеру, в докембрии существовали экосистемы, не имеющие современных аналогов, но камень-то, надо думать, и тогда падал на землю с ускорением 9,8 м/с 2, вода замерзала при нуле градусов Цельсия, а молекула хлорофилла исправно поглощала кванты света... А, собственно говоря, почему?

Методы стратиграфии устанавливались  эмпирически и только недавно  получили теоретическое обоснование. Они делятся на три группы:

1) физические и химические, в том числе литологические, основанные  на признаках вещественного состава  пород, т. е. на их физических и химических характеристиках и условиях залегания; 

2) палеонтологические методы, основанные на изучении остатков  вымерших организмов;

3) комплексные, основанные  на синтезе первых двух групп  методов. 

Группы могут разделяться  на подгруппы. Обилие методов объясняется  большой сложностью объекта изучения. 

Стратиграфия решает три основные задачи: 

1. Расчленение разрезов  и выделение стратиграфических  подразделений (стратонов) для отдельных участков земной коры. Иными словами, это установление отличий между пачками горных пород и выяснение последовательности их напластования. Это направление имеет своим результатом создание локальных (местных) и региональных стратиграфических схем, отражающих конкретный ход процесса геологического развития данной территории. 

2.  Корреляция  и  установление  одновозрастности  стратиграфических подразделений (стратонов) различных категорий и рангов. Это направление стратиграфических исследований создает базу для решения третьей задачи стратиграфии. 

3. Создание общей (универсальной или международной) хроностратиграфической шкалы на базе межрегиональной корреляции; эта шкала является основой для разработки адекватной ей геохронологической шкалы.

Три задачи стратиграфии отражают последовательные стадии или уровни стратиграфического исследования от расчленения и параллелизации конкретных paзрезов через их межрегиональную корреляцию к планетарному синтезу. Однако каждая из этих основных задач является одновременно и самостоятельным направлением стратиграфических исследований, результаты которых имеют применение в геологии. 

Многие из методов расчленения  и корреляции осадочных отложений  имеют ограниченный диапазон действия,  применимы  только  для местной и региональной корреляции. Поэтому задачи решаются комплексированием методов по принципу взаимозаменяемости методов в местах их сопряжения. 

Важно иметь в виду, что  чем выше ранг стратиграфических  единиц, тем проще установить их одновозрастность, чем ниже (ярус, зона, раздел) – тем труднее. Во всех случаях высшим контролем корреляции является непосредственное протягивание пласта или стратона и применение принципа Стенона (последовательности образования геологических тел). 

 

§3. Группа геологических (непалеонтологических методов)

 

Основана на изучении условий  залегания, особенностей напластования  и вещественного состава пород. Применяется, когда нет палеонтологических остатков или высока детальность расчленения. 

 

3.1. Тектоностратиграфические (диастрофические) методы

 

Диастрофа (греч.) – выворачивание, искривление. Это методы, которые основаны на проявлениях диастрофизма. Идея о возможности использования для целей стратиграфии различных тектонических движений возникла в конце XIX в. Однако фактически неосознанное использование проявлений тектогенеза началось одновременно с разработкой стратиграфической шкалы, еще в первой половине XIX в. При первоначальном установлении геологических  систем  их  границы проводились с учетом  перерывов в напластовании, подчеркивавших их четкость и придававших им характер естественных рубежей. Однако только в конце XIX в. успехи геотектоники подготовили почву для теоретически обоснованного подхода к использованию проявлений диастрофизма в качестве критерия при проведении стратиграфических границ различного ранга.

1.  Тектоностратиграфические  методы  имеют ведущее значение  для стратиграфии  докембрийских (криптозойских)  отложений.  Установление местных подразделений докембрия высокого ранга (комплексов, серий) базируется на тектоническом подходе, т. е. на выявлении несогласий, фиксирующих проявления тектонических движений и интрузивного магматизма, имевших место в промежутках времени между этапами формирования супракрустальных толщ. На разных докембрийских этапах геологического развития Земли диастрофические процессы проявлялись через весьма длительные промежутки времени. При этом существенно, что докембрийские циклы проявляются в общих чертах одновременно на всей земной поверхности, но имеют при этом в отдельных ее участках разное выражение и разную интенсивность. Это является следствием большой длительности диастрофических циклов докембрия и суммирования отдельных тектонических фаз этих циклов, которые проявляются локально в виде единого «почти глобального»  несогласия.  При этом обычно на границе крупных подразделений докембрия отмечается только одно угловое несогласие. Это отличает разрезы докембрийских отложений от фанерозойских, в которых, как правило, фиксируется несколько несогласий, отвечающих отдельным фазам одного диастрофического цикла.

Диастрофические  циклы  докембрия можно использовать  в качестве границ  крупных  стратиграфических  подразделений,  учитывая  огромную продолжительность  соответствующих  им  этапов  эволюционного относительно спокойного развития.

2. Для фанерозоя тектоностратиграфические методы утрачивают ведущую роль. Это обусловлено рядом обстоятельств. Прежде всего, как свидетельствуют  данные  абсолютной  геохронологии,  общий для всего земного шара  ритм  тектонических движений  в фанерозое  становится  сильно  учащенным по сравнению с докембрием и осложняется многочисленными дополнительными  диастрофическими  импульсами.  Это  существенно  усложняет  использование  тектонических  методов  для  стратиграфии  фанерозоя. Тектонические движения, даже крупного масштаба, проявляются не повсеместно и не представляют собой кратковременных эпизодов, а растянуты во времени.  Это  ограничивает  возможность надежного  использования  тектоностратиграфических методов для отдаленной межрегиональной и тем более глобальной корреляции.

Тектоностратиграфические методы для  ограниченных  территорий  дают возможность устанавливать границы стратиграфических подразделений с большой точностью, иногда даже превышающей точность границ, проводимых на основе биостратиграфических данных. Однако установление самих стратиграфических подразделений и их геологического возраста не может быть осуществлено только на основе диастрофизма и требует обязательного использования литолого-стратиграфического и палеонтологического методов. За последним в этих случаях сохраняется роль контролирующего метода.

 

3.2. Метод сопоставления  на основе стратиграфических  перерывов 

 

В соответствии с принимаемым  нами принципом неполноты геологической летописи значительная часть геологического времени не отражена в разрезах осадочных толщ отдельных участков земной коры, а приходится на перерывы. Метод исходит из того, что отложения, заключенные между сходными стратиграфическими перерывами, должны быть одновозрастными. 

Несогласие, или несогласное  залегание, характеризует пространственные и исторические соотношения разновозрастных преимущественно слоистых отложений. При несогласии более молодые отложения отделяются от более древних поверхностью размыва или перерыва в осадконакоплении.

Несогласие возникает  в том случае, если под воздействием тектонического движения участок земной коры сначала выводится из зоны осадкообразования и может подвергаться процессам денудации, а затем опускается, и на нем отлагаются более молодые осадки.  Несогласия могут возникать и без участия тектонических движений при размывании осадков придонными течениями в результате подводных оползней и других причин.

Под перерывом в осадконакоплении понимается интервал времени, в течение которого на том или ином участке земной поверхности осадки не накапливались. Продолжительность перерывов колеблется от краткого промежутка между двумя процессами, происходящими без существенного изменения общего режима в области осадконакопления, до больших отрезков времени, вплоть до нескольких геологических периодов, соответствующих этапам крупных региональных поднятий. Перерывы могут сопровождаться размывом ранее образовавшихся осадков или даже мощных толщ осадочных пород, что приводит иногда к значительному увеличению пробела геологической летописи.

В других случаях перерывы, особенно кратковременные, не сопровождаются размывом, а представляют собой лишь паузу в накоплении осадков.

Существует целый ряд  признаков, свидетельствующих о  перерывах в осадконакоплении. В. Крумбейн приводит 42 таких признака, которые относятся к трем выделяемым им категориям: седиментологической, палеонтологической и структурной. Согласно В.С.  Яблокову (1973) главными признаками перерывов в морском осадконакоплении являются следующие:

1) угловое несогласие  с подстилающими породами; 2) поверхность размыва, обычно  неровная,  волнистая,  срезающая  нижележащие  отложения  на различную глубину; 3) коры выветривания; 4) признаки карстообразования и выветривания  в отдельных горизонтах  глинистых и песчаных  пород; 5) поверхности напластования с трещинами усыхания; 6) прослои пород со следами автохтонной  корневой  системы  растений,  ископаемые  почвы; 7) прослои галек и конгломератов; 8) палеодолины и аллювиальные песчаные породы; 9) породы эолового происхождения; 10) ледниковые отложения; 11) резкая  смена фауны,  не  обусловленная сменой  фаций на  данном участке. Не всегда эти признаки, взятые в отдельности, совершенно однозначно свидетельствуют о наличии перерыва.

Так, угловые несогласия могут быть связаны и с конседиментационными структурами. Небольшие размывы вызываются иногда подводными морскими течениями, а прослои галек и конгломератов могут иметь как континентальное, так и морское происхождение. И наоборот, в ряде случаев наблюдаются перерывы и несогласия, не сопровождающиеся конгломератами или галечниками. Поэтому для установления перерыва желательно обосновывать его не одним из перечисленных выше признаков, а совокупностью нескольких. 

Особые трудности вызывает установление скрытых несогласий. В настоящее время накоплен обширный материал, свидетельствующий о широком распространении скрытых несогласий, нередко маскирующих выпадение из разреза больших стратиграфических интервалов.

И. А. Вылцан  (1989)  выделяет  перерывы  тектогенные,  климатогенные  и тектогенно-климатогенные.  Тектогенные  перерывы  обусловлены перестройкой структурных планов в осадочных бассейнах в определенные фазы тектогенеза. Пробелы в осадконакоплении возникают над конседиментационными поднятиями или по краям бассейна. Выделяются угловые, географические (азимутальные) и эрозионные несогласия. Характерны базальные конгломераты.  Вмещающие  тела  – от  свиты,  серии,  отдела  до  системы и группы.  Ранг  перерывов  – региональный  (макропробел)  или глобальный (мегапробел). Продолжительность – порядка 10 6  – 10 8  лет.  Тектогенно-климатогенные  перерывы  возникают на  границах  малых стратиграфических тел – многослой (ритм), пакет, пачка, подсвита. Выражены  скрытыми  несогласиями  – параллельными,  извилисто-волнистыми,  незначительными азимутальными и угловыми в складчатых областях. Ранг перерывов – локальный (пробел). Продолжительность – порядка 102  – 105  лет.

Климатогенные перерывы возникают при климатических изменениях, влияющих на мобилизацию, механическую и химическую дифференциацию между пластами, слоями, слойками.  Выражены в изменении зернистости, состава, окраски выше и ниже швов слойчатости, имеющих параллельный или волнистый характер (механический размыв при течении, волнении, при химическом растворении). Ранг перерывов – местные малоплощадные (паузы-диастемы). Продолжительность – 104  – 102  лет. 

Согласно схеме, предложенной К. Данбаром и Дж. Роджерсом (1962), различаются: а) несогласное перекрытие слоистыми толщами пород фундамента;  б) угловое структурное несогласие  между слоистыми толщами; в) параллельное несогласие, предполагающее совпадение элементов залегания контактирующих толщ, наличие ясно выраженной эрозионной поверхности между ними и срезание ряда слоев нижней толщи; г) скрытое несогласие, сопровождающееся выпадением какой-либо части разреза (рис. 1).

В отдельных случаях наличие  такого несогласия может быть установлено  биостратиграфическими методами, чаще же этого сделать не удается, и перерыв фиксируется следами разрушения литифицированного осадка (ожелезнением, наличием мелких неровностей, сверлениями и следами прикрепления организмов). В основании толщи над поверхностью перерыва иногда наблюдаются примесь терригенного материала в карбонатных породах, переотложение частиц подстилающих отложений – аутигенные брекчии.

Длительность отмеченных перерывов различна, но в целом уменьшается от 1-го типа к 4-му. Различна также и степень диахронности поверхно-стей перерыва: наибольшая в случае несогласного перекрытия пород фундамента и углового  структурного  несогласия  и,  как правило,  наименьшая для параллельных и скрытых несогласий. По площади в пределах седиментационного бассейна может наблюдаться переход от одного типа несогласий к другому. Например, скрытые несогласия, характерные главным образом для центральных частей бассейнов, в краевых частях могут сменяться параллельными и т. д.

При наличии на изучаемой  площади всех перечисленных типов несогласий границы серий и соответственно свит в их основании устанавливаются по перерывам 1, 2 и 3-го типов. В пределах серии на границах свит могут отмечаться параллельные несогласия, в редких случаях – угловые.

Скрытые несогласия, как  правило, служат основанием для проведения границ подсвит и пачек, а наиболее крупные из них (обычно такие, которые могут быть установлены палеонтологическими методами) являются границами свит. 

Интересно, что некоторые  стратиграфические уровни характеризуются  особенно широким распространением скрытых несогласий. Это относится  к границе перми и триаса, которая во всем мире характеризуется соотношениями рассматриваемого типа. 

Существенный интерес  представляет вопрос об условиях возникновения скрытых несогласий.  Согласно М. Жинью (1952) подобные перерывы могут возникать в субаквальных условиях вследствие простого изменения режима течений. Если материал, взвешенный в воде, остается одним и тем же, то даже незначительного увеличения скорости течения достаточно, чтобы не только  прекращалось  осадконакопление,  но  и происходила слабая эрозия. Вслед за этим снова отлагаются морские осадки, и перерыв может быть обнаружен только при внимательном наблюдении деталей.

Н. Ньюелл (Newell, 1967) трактует возникновение скрытых несогласий как результат длительного устойчивого положения обширных выровненных областей шельфа  на  уровне,  близком к базису  эрозии.  В  таких  условиях эрозия  оказывается минимальной, а образующийся маломощный слой обломочного материала легко будет смыт трансгрессирующим морем, которое обнажит и сгладит подстилающую поверхность.

Приводимые  указанными  авторами  различные причины,  объясняющие условия возникновения скрытых несогласий, не исключают друг друга. В настоящее время трудно с достаточным обоснованием отдать предпочтение какой-нибудь из этих гипотез.

Из  морфологических  классификаций несогласий  в настоящее время наиболее полной является классификация В. С. Милеева (1989), учитывающая соотношение слоистости в перекрывающем комплексе с поверхностью несогласия и со слоистостью в подстилающем комплексе (рис. 2).

 

 

 

3.3. Метод сопоставления  по сходству порядка напластования 

 

Метод  исходит  из  общего  положения,  согласно  которому  слои,  чередующиеся в двух разрезах  в одном и том же порядке, будут одновозрастными, при этом нижний является более древним, верхний – более молодым. 

Применяется при изучении немых или бедных фауной толщ для приблизительного определения возраста. Особенно, если внутри есть какие-то охарактеризованные горизонты. С этого метода начинается стратиграфическое изучение площадей. 

Существуют закономерности в напластовании: постепенное уменьшение зернистости терригенного материала вверх по разрезу в трансгрессивных комплексах и постепенное погрубение в регрессивных; понижение гипсометрического уровня речных террас от древних к молодым; чередование лёссов и почв в лёссово-почвенных комплексах и т. д. 

Одинаковое чередование  слоев в двух разрезах изучаемого бассейна может считаться одновозрастным, если они расположены на равном расстоянии от берега. Однако положение береговой линии обычно трудно определить точно, поэтому возможны ошибки. Метод широко распространен и часто комплексируется с палеонтологическими методами. 

Следует заметить, однако, что  последовательность и характер напластования  в одной части региона не обязательно  будут такими же в другой части  региона и тем более в другом регионе.

 

3.4. Метод сопоставления  на основе стратиграфической  непрерывности пластов (метод  маркирующих горизонтов)

 

В разных разрезах на определенной площади  прослеживается  непрерывность одного или нескольких пластов одинакового характера, которые принимаются за маркирующий горизонт. Прилегающие к нему в кровле и подошве отложения соответственно сопоставляются друг с другом. Обычно применяется при однообразных разрезах, когда маркирующие горизонты помогают их расчленить. 

Примеры  маркирующих  горизонтов:  донская морена  на  территории Донского ледникового языка, губковый горизонт в кампане Крыма, пепловые горизонты.  Пласты, отчетливо выделяющиеся во многих разрезах и прослеживающиеся на значительное расстояние, называются маркирующими.  Надо заметить, что некоторые маркирующие горизонты – базальные конгломераты, коры выветривания – имеют не одинаковый возрастной диапазон, скользящий по площади. Кроме маркирующих горизонтов, для корреляции  иногда  используются  маркирующие  поверхности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Теоретические основы  и методы стратиграфии, Учебно-методическое пособие для вузов Г. В. Холмовой, В. Ю. Ратников, В. Г. Шпуль . ИПЦ Воронежского государственного университета, 2008.